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Neuroscienze: Prevedere azioni e reazioni, i due lati del cervello hanno capacità predittive diverse

Il nostro cervello, sulla base delle esperienze appena vissute, formula aggiorna continuamente delle predizioni su quel che avverrà nel nostro immediato futuro e poi ne verifica la congruenza o l’incongruenza con ciò che accade per affinare le previsioni successive. Questa capacità costituisce un vantaggio fondamentale nella nostra interazione quotidiana con l’ambiente che ci circonda. Ma come avviene questo processo?

Neuroscienze: Prevedere azioni e reazioni, i due lati del cervello hanno capacità predittive diverse
Neuroscienze: Prevedere azioni e reazioni, i due lati del cervello hanno capacità predittive diverse. Foto di Gerd Altmann

Il Prof. Fabrizio Doricchi del Dipartimento di Psicologia dell’Università “La Sapienza” di Roma e della Fondazione Santa Lucia IRCCS ha svelato che la regione del cervello nota come giunzione temporo-parietale, svolge un ruolo fondamentale nell’aggiornare e modificare tali predizioni. In uno studio appena pubblicato sull’autorevole rivista Physics of Life Reviews, il Prof. Fabrizio Doricchi e i suoi collaboratori hanno svelato che, in tutti questi compiti, la giunzione temporo-parietale svolge un ruolo “predittivo” e che i due emisferi cerebrali hanno ruoli “predittivi” diversi.

In particolare, la giunzione temporo-parietale dell’emisfero sinistro segnalerebbe la conferma delle predizioni cognitive come, ad esempio, quando l’esito di una nostra scelta o azione è quello che ci aspettavamo. In modo complementare, nell’emisfero destro la stessa area avrebbe il compito di segnalare che gli eventi reali sono diversi da quelli che ci aspettavamo. In quest’ultimo caso, un tipico esempio è quello fornito dalle battute umoristiche che ci colgono piacevolmente di sorpresa poiché sono inaspettate rispetto alla trama del racconto.

Per i neuroscienziati, la funzione della giunzione temporo-parietale è rimasta a lungo enigmatica e controversa. Il mistero è legato al fatto che questa zona del cervello è attiva mentre svolgiamo compiti cognitivi che sembrano avere pochissimo in comune come orientare la nostra attenzione, recuperare delle informazioni dalla nostra memoria, parlare o ascoltare quello che viene detto, metterci empaticamente nei panni dell’altro o decidere di fare qualcosa.

La scoperta della differente distribuzione nella parte sinistra e destra del cervello delle operazioni di “conferma” e “disconferma” delle predizioni cognitive, costituisce un importante passo in avanti nello studio dei meccanismi cerebrali che sono alla base della “codifica predittiva” e chiariscono il ruolo svolto dalla giunzione temporo-parietale in aspetti diversi della nostra vita mentale. Queste osservazioni aprono inoltre nuove prospettive nella comprensione dei meccanismi che regolano il livello di maggior o minor ottimismo con il quale le persone affrontano eventi futuri basandosi sui risultati delle scelte passate.

Riferimenti:

Doricchi, F., Lasaponara, S., Pazzaglia, M., & Silvetti, M. (2022). Left and right temporal-parietal junctions (TPJs) as “match/mismatch” hedonic machines: A unifying account of TPJ function. Physics of Life Reviews, (42) 56-92.

Testo dal Settore Ufficio stampa e comunicazione Sapienza Università di Roma

INAUGURATO QUBIC: UN MODO NUOVO DI STUDIARE L’UNIVERSO PRIMORDIALE

 
Oggi, mercoledì 23 novembre, viene ufficialmente inaugurato in Argentina il telescopio QUBIC (Q-U Bolometric Interferometer for Cosmology), uno strumento innovativo che osserverà il fondo cosmico a microonde, l’eco residua del Big Bang, da un sito desertico di alta quota (5000 m) sulle Ande argentine, vicino alla località San Antonio de Los Cobres.
Alla cerimonia, che prevede una visita al telescopio, partecipano i rappresentanti degli Istituti finanziatori del progetto e del team scientifico internazionale.

Il progetto vede l’Italia protagonista grazie ai contributi scientifici e tecnologici forniti dall’INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare) e dalle Università degli Studi di Milano, Università di Milano-Bicocca, Università di Roma “Tor Vergata” e Sapienza Università di Roma.

QUBIC si concentrerà sulla misura del segnale causato dall’interazione delle onde gravitazionali primordiali con la radiazione elettromagnetica che permea l’universo.
Dopo il suo sviluppo e l’integrazione avvenuta presso i laboratori europei delle Università e degli enti di ricerca coinvolti nella collaborazione, QUBIC è arrivato in Argentina, nella città di Salta, nel luglio 2021, dove è stato calibrato e testato in laboratorio.
Inaugurato QUBIC
I risultati di queste attività sono riportati in otto articoli apparsi sul “Journal of Cosmology and Astroparticle Physics” ad aprile di quest’anno e hanno confermato il corretto funzionamento dello strumento e dell’interferometria bolometrica, ossia la tecnica di nuova concezione su cui si baseranno le osservazioni di QUBIC, che combina l’elevatissima sensibilità dei rivelatori bolometrici raffreddati quasi allo zero assoluto (-273 °C) con la precisione degli strumenti interferometrici.
L’obiettivo di osservare i debolissimi effetti di polarizzazione nelle microonde originatesi nelle primissime fasi dell’espansione dell’universo dopo il Big Bang, ovvero la direzione in cui il campo elettricomagnetico a esse associato oscilla mentre si propaga, ha reso necessario sviluppare e realizzare uno strumento complesso e unico nel suo genere. Oggi QUBIC rappresenta infatti una risorsa unica nel panorama mondiale delle misure sull’universo primordiale.

“Non c’è altro modo di investigare sperimentalmente con esperimenti a terra quei fenomeni che si pensa siano avvenuti durante la cosiddetta ‘inflazione cosmica’, quando l’energia in gioco era spaventosamente grande. QUBIC è quindi importante sia per la cosmologia sia per la fisica fondamentale”, spiega Silvia Masi, docente presso Sapienza Università di Roma e ricercatrice INFN, che coordina la partecipazione italiana all’esperimento.

“QUBIC – aggiunge Oliviero Cremonesi, presidente della Commissione Scientifica Nazionale per le ricerche di Fisica Astroparticelare dell’INFN – mira a misurare la polarizzazione del fondo cosmico a microonde con una possibilità unica di individuare i segni lasciati dalle onde gravitazionali liberate nei primi istanti di vita dell’universo”.
L’efficacia di QUBIC e del metodo di misura impiegato per studiare l’universo primordiale sono state verificate dalla collaborazione nel corso del lungo periodo compreso tra i primi test condotti in laboratorio, a Parigi, e l’arrivo dello strumento in Argentina, nel laboratorio di Salta, dove sono state effettuate le prime osservazioni del cielo. L’installazione dell’esperimento a San Antonio de Los Cobres, avvenuta durante il mese di ottobre, sancisce quindi un successo che giunge al termine un periodo di lunga preparazione e che consentirà, grazie alla straordinaria trasparenza e stabilità dell’atmosfera del sito di osservazione, di iniziare misure ultrasensibili.
“Il team responsabile dell’installazione di QUBIC, al quale ha partecipato anche Francesco Cavaliere, responsabile dell’officina della Statale di Milano, ha svolto un lavoro eccellente in pochissimo tempo, in condizioni particolarmente impegnative a causa dell’altitudine e del forte vento in quota. Le prime misure dimostreranno ‘sul campo’ l’efficacia dell’interferometria bolometrica osservando sorgenti astronomiche. Approssimativamente fra un anno, lo strumento verrà inoltre reso ancora più competitivo, aumentando il numero di antenne e rivelatori, in modo da poter eseguire le misure di interesse cosmologico entro tre anni”, illustra Aniello Mennella, docente all’Università Statale di Milano e ricercatore INFN.
“La misura di un segnale così debole – specifica Mario Zannoni, docente all’Università di Milano-Bicocca e ricercatore INFN – verrà ritenuta esente da errori sistematici solo se si avranno risultati consistenti provenienti da strumenti molto diversi. Proprio per questo motivo QUBIC, unico interferometro bolometrico, rappresenta una risorsa insostituibile nello studio dei primi attimi di vita dell’universo”.
“Grazie alle capacità multispettrali e di autocalibrazione, QUBIC produrrà dati del tutto originali e complementari a quelli degli altri esperimenti, offrendo ai ricercatori innumerevoli possibilità di controllo incrociato e quindi una robustezza senza pari dei risultati”, conclude Giancarlo De Gasperis, ricercatore presso il Dipartimento di Fisica dell’Università di Roma “Tor Vergata” e INFN.
QUBIC è il risultato della collaborazione di 130 ricercatori, ingegneri e tecnici in Francia, Italia, Argentina, Irlanda e Regno Unito. Lo strumento è stato integrato a Parigi presso i laboratori APC nel 2018 e calibrato durante il 2019-2021.
Il contributo italiano è stato fondamentale per lo sviluppo dello strumento, e continuerà ad esserlo nelle fasi successive dell’esperimento. Lo strumento è ospitato in un criostato, realizzato nei laboratori della Sapienza e della Sezione di Roma dell’INFN, capace di raffreddare vicino allo zero assoluto non solo i rivelatori, ma anche tutto il sistema ottico dell’interferometro. Lo stesso gruppo ha realizzato anche il sistema crio-meccanico che permette di misurare lo stato di polarizzazione della radiazione. Italiane sono anche altre componenti criogeniche, che lavorano a una temperatura inferiore a -270 °C, come le avanzatissime antenne corrugate che raccolgono la radiazione dal cielo, realizzate nei laboratori dell’Università e della Sezione INFN di Milano Statale, mentre le ottiche che la focalizzano sui rivelatori e il sistema di otturatori che permette di variare la configurazione dell’interferometro e di autocalibrarlo sono realizzate dall’Università e dalla Sezione INFN di Milano Bicocca.
“L’inizio della presa dati di QUBIC è un segno tangibile dell’interesse dell’INFN per le ricerche sulla radiazione cosmica di fondo ed è stato reso possibile anche grazie a un significativo contributo dell’INFN”, conclude Marco Pallavicini, membro della Giunta Esecutiva dell’INFN.
Inaugurato QUBIC
Inaugurato QUBIC: un modo nuovo di studiare l’universo primordiale
RIFERIMENTI
● Pagina web di QUBIC: http://qubic.in2p3.fr/wordpress/
● Numero speciale di JCAP (Journal of Cosmology and Astroparticle Physics):
https://iopscience.iop.org/journal/1475-7516/page/Special%20Issues
Articoli correlati:
https://scientificult.it/2022/04/21/qubic-un-modo-nuovo-di-studiare-luniverso-primordiale/
Testo, video e foto dal Settore Ufficio stampa e comunicazione Sapienza Università di Roma

Erc Starting Grant: in arrivo un finanziamento di 1.5 milioni di euro per un progetto di ricerca in ambito biomedico – L’organismo dell’Unione europea che finanzia i ricercatori di eccellenza, ha approvato, il progetto CentroFun presentato dalla docente Simona Giunta

CentroFun
Il team

Un milione e mezzo di euro per continuare la ricerca avviata nel 2021 sui cromosomi, in particolare sul centromero umano. È quanto conferito dall’European Research Council (ERC) al progetto “CentroFun”, presentato dalla docente del dipartimento di Biologia e biotecnologie “Charles Darwin” Simona Giunta, e al suo laboratorio.

Questi fondi offriranno la possibilità di compiere passi decisivi nel campo delle scienze biomediche, acquisendo una conoscenza sempre più approfondita del centromero umano, includendo i processi di mutagenesi, danno e riparazione del DNA. L’obiettivo del Progetto è quello di capire quanto sia significativa la variabilità nel DNA tra persone diverse, per migliorare la possibilità di intervenire in maniera mirata, personalizzata e sempre più efficiente.

Grazie alla Marie Curie Reintegration Fellowship, al premio Rita Levi Montalcini “Rientro dei Cervelli” dal Ministero dell’Università e Ricerca, nonché allo Start-Up Grant dall’AIRC, dopo quasi due decenni all’estero, nel 2020 la ricercatrice Simona Giunta è rientrata in Italia – nella sua città natale, Roma – e porta avanti il suo programma alla Sapienza, dove attualmente dirige il laboratorio di ricerca per studiare il ruolo dell’instabilità genomica nelle malattie degenerative come il cancro e l’invecchiamento.

Simona Giunta
la docente Simona Giunta

“Questo traguardo significa molto per me a livello personale – spiega Simona Giunta – Come donna che lavora nel mondo della scienza ho dovuto affrontare il tema di conciliare la maternità e la vita familiare con l’impegno nella professione, scoprendo come possano essere l’uno la linfa dell’altro”. Continua la ricercatrice: “Al tempo stesso, è un risultato che assume un valore anche nel quadro più generale dello stato della ricerca in Italia e che testimonia il fatto che si possa tornare in Italia per condurre ricerche all’avanguardia. Da quando lasciai per la prima volta il Paese nel 2002, l’esodo di giovani connazionali in cerca di opportunità accademiche ed economiche non ha fatto altro che aumentare, causando una dispersione progressiva dei talenti e riducendo il potenziale del nostro Paese in termini di progresso scientifico: ben vengano gli strumenti messi in campo per invertire questa tendenza”.

Ogni anno, l’ERC eroga finanziamenti a centri di ricerca di primo piano all’interno dell’Unione europea. In particolare, quest’anno sono stati assegnati 408 Starting Grant (a fronte di oltre 2900 richieste presentate) per un totale di 636 milioni di euro.

Testo e foto dal Settore Ufficio stampa e comunicazione Sapienza Università di Roma

Ovospace: l’esperimento della Sapienza in collaborazione con la Nasa e l’ASI per svelare gli effetti della microgravità sui meccanismi legati alla fertilità e alla riproduzione

L’esperimento è stato lanciato tramite razzo vettore sulla International Space Station per osservare gli effetti della microgravità sulle funzioni endocrine di cellule ovariche bovine. I risultati serviranno a comprendere alcuni aspetti della riproduzione sulla Terra, ma anche in vista di missioni spaziali di lunga durata ed eventuali insediamenti umani in altri pianeti.

Il 7 novembre alle ore 5.35 del mattino sulla costa est degli USA, è stato lanciato con successo il razzo NG-18/Antares dalla base NASA Wallops Flight Facility (Virginia).

Il razzo vettore ha lanciato la navicella Cygnus che ha portato sulla International Space Station rifornimenti e alcuni esperimenti scientifici. Fra questi, l’esperimento del progetto OVOSPACE, finanziato e coordinato dall’Agenzia Spaziale Italiana (ASI) e ideato da un gruppo di ricercatori del Dipartimento di Medicina sperimentale della Sapienza guidati da Mariano Bizzarri.

OVOSPACE ha l’obiettivo di studiare l’effetto della microgravità sulle funzioni endocrine di due tipi di cellule ovariche bovine: cellule della teca e cellule della granulosa, responsabili della produzione di androgeni e della loro trasformazione in estrogeni, allo scopo di supportare la maturazione dell’ovocita e quindi la fertilità. Nei laboratori messi a disposizione dalla Eastern Virginia Medical School (EVMS) di Norfolk, Virginia, il team Sapienza composto da Andrea Fuso e da Valeria Fedeli, Noemi Monti e Tiziana Raia ha allestito l’esperimento collocando le cellule in un “MiniLab” in grado di garantire la sopravvivenza delle cellule in maniera automatizzata. Il MiniLab, ovvero il cosiddetto “hardware di volo”, è stato sviluppato da Aerospace Laboratory for Innovative Components S.c.a.r.l. (ALI Scarl) i cui tecnici erano anche presenti presso l’EVMS per l’assemblaggio ed i controlli. Dopo 72 ore dall’arrivo sulla ISS, le cellule saranno “fissate” sempre grazie al MiniLab in attesa del loro rientro sulla terra, a gennaio, per eseguire le analisi molecolari previste.

L’esperimento in orbita aiuta a comprendere il coinvolgimento di fattori biofisici sul processo di maturazione dell’ovocita. I risultati di OVOSPACE avranno un ruolo chiave per la salute e la riproduzione umana sulla terra ma anche in ottica di missioni spaziali di lunga durata e insediamenti umani in altri pianeti.

Testo e foto dal Settore Ufficio stampa e comunicazione Sapienza Università di Roma

Solitudine e memoria: un binomio pericoloso

Uno studio internazionale ha dimostrato che la solitudine può influire sulla memoria riducendo nelle persone la capacità di riconoscimento di volti già visti. La ricerca è pubblicata sulla rivista Scientific Reports

Uno studio internazionale condotto dal Dipartimento di Psicologia della Sapienza in collaborazione con la Bournemouth University in Inghilterra, ha dimostrato che esiste una connessione tra solitudine e memoria e in particolare tra solitudine e capacità dell’uomo di riconoscere volti già visti. La ricerca, finanziata dalla società scientifica “Experimental Psychology Society” e pubblicata sulla rivista Scientific Reports, si basa sul presupposto che l’essere umano ha una forte necessità di connessioni sociali, un bisogno di affiliazione, “di appartenere, di essere parte di…”. Il senso di solitudine arriva nel momento in cui questo bisogno non viene soddisfatto, sia per mancanza di contatti sociali sia perché si ritiene che i contatti sociali esistenti siano insoddisfacenti.

Partendo da questi elementi, i ricercatori hanno investigato in che misura il numero di contatti sociali e la solitudine, riportata da giovani studenti, influenzino la capacità di riconoscere volti di coetanei e volti di persone anziane, entrambe sconosciuti, ma incontrati precedentemente.

La ricerca si basa su un effetto noto in psicologia come l’Own Age Bias e che consiste nel vantaggio del cervello umano di riconoscere i volti di persone coetanee.

L’esperimento dei ricercatori si è articolato in due fasi: nella prima sono stati presentati agli studenti volti di giovani e anziani con espressione felice, arrabbiata o neutra; focus centrale di questa fase era la memorizzazione dei volti e la loro classificazione in giovani e anziani. Quindi sono stati mostrati nuovamente volti di giovani e anziani sempre con espressione felice, arrabbiata e neutra. Metà dei volti erano stati già mostrati nella prima fase, metà no. Focus di questa fase era il riconoscimento dei volti già visti.

“In pratica – spiega Anna Pecchinenda ricercatrice del team della Sapienza – ci siamo chiesti se la solitudine, motivando le persone a ristabilire connessioni sociali, potenzia il riconoscimento di volti felici che rappresentano segnali di affiliazione sociale, o quello di volti arrabbiati che rappresentano segnali di minaccia sociale, rispetto al riconoscimento di volti neutri di persone della propria età, viste in precedenza”.

I risultati ottenuti hanno rivelato che gli studenti con bassi livelli di solitudine mostrano un riconoscimento superiore rispetto ai colleghi “soli”, per i volti sorridenti di coetanei precedentemente visti.

Questo risultato indica un effetto della solitudine sulla memoria, ovvero la solitudine influenza la capacità di riconoscere persone a noi non familiari, che potrebbero essere importanti per stabilire connessioni sociali, e suggerisce un possibile fenomeno di perpetuazione della solitudine.

Sebbene i meccanismi che portano alla cronicizzazione della solitudine siano ancora poco chiari, la solitudine cronica viene attribuita al fallimento dei tentativi di ristabilire connessioni sociali.

Negli ultimi anni, gli studi nell’ambito delle neuroscienze affettive hanno mostrato che il sentirsi socialmente isolati incide in maniera negativa non solo sul benessere emozionale, ma anche sulle funzioni cognitive dell’individuo. Infatti, nelle persone anziane, la solitudine cronica è stata associata a un aumento della mortalità del 20%.

Riferimenti:

Pizzio, A.P.G., Yankouskaya, A., Alessandri, G. et al. Social contacts and loneliness affect the own age bias for emotional faces. Sci Rep 12, 16134 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-20220-9

solitudine e memoria
Foto di Brian Merrill

Testo dal Settore Ufficio stampa e comunicazione Sapienza Università di Roma

“Ho le farfalle nello stomaco” non è solo una metafora: a dircelo sono le pillole furbe
Un nuovo studio italiano, coordinato dal Dipartimento di Psicologia della Sapienza e dal laboratorio IIT Neuroscience and Society, ha dimostrato, attraverso pillole intelligenti dotate di un termometro, un manometro e un sensore di acidità miniaturizzati e ingerite come normali compresse, l’esistenza di una correlazione tra lo stato fisiologico dell’apparato gastrointestinale e la consapevolezza del proprio corpo. La ricerca è pubblicata sulla rivista iScience.

farfalle nello stomaco pillole furbe intestino
Monti, Aglioti et al., iScience

Un nuovo studio interamente italiano pubblicato su iScience ha rilevato come la consapevolezza di avere un corpo e risiedere all’interno di esso, sia una sensazione fortemente correlata a parametri fisiologici del nostro corpo come temperatura, pressione arteriosa e acidità dello stomaco e dell’intestino.

Lo studio è stato sviluppato nei laboratori del Dipartimento di Psicologia della Sapienza in collaborazione con il laboratorio Neuroscience and Society del centro dell’Istituto Italiano di Tecnologia di Roma, CLN2S@Sapienza. La ricerca ha evidenziato che gli organi più profondi del nostro corpo, come quelli appartenenti al tratto gastro intestinale, sono gli unici in grado, attraverso segnali mandati ai nervi periferici, di captare sempre tutto ciò che ci circonda.

“Il problema – afferma Salvatore Maria Aglioti, Professore alla Sapienza e Ricercatore Senior presso IIT – è che una cosa è studiare il ruolo dell’attività cardiaca o respiratoria nella consapevolezza corporea, come abbiamo fatto in precedenza, una cosa è studiare l’attività del tratto gastrointestinale. Stomaco e intestino sono organi profondi e contorti, che normalmente vengono indagati per mezzo di sonde molto invasive: chiunque abbia fatto una gastroscopia o una colonscopia lo sa per esperienza”.

Per superare questo ostacolo, i ricercatori e le ricercatrici hanno esplorato il collegamento tra stomaco, intestino e percezione del proprio corpo per mezzo di una tecnologia altamente progredita e mai impiegata prima nel campo delle neuroscienze cognitive: le pillole furbe, dotate di un termometro, un manometro e un sensore di acidità miniaturizzati e ingerite come normali compresse.

Attraverso questi dispositivi sono stati in grado di registrare a intervalli regolari, temperatura, pressione e acidità gastrointestinale. I dati una volta raccolti venivano trasmessi a una ricetrasmittente esterna, il tutto collegato senza fili.

Per capire se veramente ci fosse una correlazione tra lo stato fisiologico dell’apparato gastrointestinale e la consapevolezza del proprio corpo, i partecipanti dovevano ingerire una di queste pillole intelligenti e mediante un visore 3D osservare un corpo virtuale.

Questo avatar poteva presentarsi in due situazioni differenti: la prima in cui tale personaggio aveva un aspetto simile al paziente, si trovava nella sua stessa posizione e respirava come lui; la seconda situazione in cui il personaggio era differente dal partecipante. Alla fine di questa esperienza il paziente doveva descrivere quanto si sentiva “incorporato” al corpo virtuale appena mostrato. Tale procedura doveva essere ripetuta tre volte, a seconda della posizione della pillola furba: la prima in prossimità dello stomaco, la seconda dell’intestino tenue e l’ultima nell’intestino crasso.

Si tratta di uno studio all’avanguardia – chiosa Alessandro Monti, primo autore dello studio- che ha permesso ai ricercatori di capire come consapevolezza e attività del tratto gastrointestinale siano collegate tra di loro, infatti, quando presentiamo una forte consapevolezza del nostro corpo i nostri organi interni si presentano più attivi rispetto a quando questa sensazione viene a mancare.

Giuseppina Porciello e Maria Serena Panasiti, neuroscienziate cliniche e co-autrici dello studio, fanno notare che la nuova scoperta ha implicazioni per una serie di condizioni patologiche. Potrà ad esempio servire ai ricercatori per capire se è vero che i segnali del tratto gastrointestinale hanno un ruolo cruciale nei disturbi alimentari e nei disturbi di depersonalizzazione e derealizzazione. Non solo, tramite la metodologia delle pillole ‘furbe’ si potrà capire se la fisiologia del tratto gastrointestinale possa interferire sulle emozioni e il ragionamento morale dell’individuo.

“Ho le farfalle nello stomaco” non è solo una metafora: a dircelo sono le pillole furbe. Bozzetto, autore Alessandro Monti

Riferimenti:

Monti, A., Porciello, G., Panasiti, M.S., Aglioti, S.M. (2022). Gut markers of bodily self-consciousness in men. iScience, in press.doi: https://doi.org/10.1016/j.isci.2022.105061

 

Testo e immagini dal Settore Ufficio stampa e comunicazione Sapienza Università di Roma

Melanoma: uno studio nazionale identifica nuovi biomarcatori di malattia

Una nuova ricerca coordinata dalla Sapienza ha individuato nei microRNA del sangue la funzione di biomarcatori non invasivi per la diagnosi precoce del più frequente tumore maligno della pelle. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Journal of Translational Medicine.

Il melanoma è un tumore maligno della pelle molto aggressivo che deriva dalla mutazione dei melanociti, cellule responsabili del colore della pelle. La frequenza di questo tumore è in aumento in tutto il mondo. La diagnosi precoce e accurata è un fattore fondamentale per migliorare la percentuale di guarigione e sopravvivenza.

causa rischio metastasi tumore al seno melanoma biomarcatori
Foto di StockSnap

Finora la diagnosi di melanoma è stata effettuata, attraverso la biopsia escissionale, un esame invasivo mediante l’asportazione di tessuto, cioè l’estrazione della lesione cutanea sospetta.

Il team coordinato da Elisabetta Ferretti del Dipartimento di Medicina Sperimentale della Sapienza Università in collaborazione con gli oncologi e i ricercatori di università ed enti di ricerca nazionali, ha identificato nuove molecole, i microRNA, biomarcatori specificamente dosabili nei pazienti affetti da melanoma mediante prelievo del sangue, attraverso quindi un esame non invasivo.

La ricerca di biomarcatori non invasivi in grado di individuare la malattia e monitorare la risposta a trattamenti terapeutici è molto importante, in quanto ha lo scopo di migliorare la prognosi dei pazienti affetti da melanoma.

Negli ultimi due decenni, i microRNA hanno suscitato un forte interesse come biomarcatori per la diagnosi, la prognosi e la previsione della risposta al trattamento di diverse malattie. La loro presenza nei fluidi biologici, come il sangue, conferma il loro ruolo fondamentale di biomarcatori non invasivi per la diagnosi precoce di tumore.

“Nello specifico – spiega Elisabetta Ferretti – abbiamo deciso di analizzare i microRNA circolanti ottenuti da biopsia liquida in tre coorti indipendenti di pazienti affetti da melanoma ed abbiamo identificato e validato un gruppo di microRNA dosabili nel plasma che con elevata precisione identificano i pazienti affetti da melanoma e li distinguono dai soggetti sani.”

“Il miglioramento nella gestione dei pazienti affetti da melanoma è un’importante necessità clinica. La nostra ricerca – dichiara Elisabetta Ferretti – è la prima ad offrire una combinazione di biomarcatori circolanti da poter usare come strumento diagnostico nel melanoma e riteniamo che la firma molecolare da noi proposta possa avere una forte rilevanza clinica”

Alla ricerca hanno collaborato i team dell’Università e dell’Epigen Therapeutics di Siena coordinati da Michele Maio, dell’Istituto Tumori di Milano coordinati da Andrea Anichini e il team di Computational System Biology Scientist coordinato da Michele Ceccarelli dell’Istituto di Ricerche Genetiche (BioGeM) “Gaetano Salvatore” di Ariano Irpino (AV) e dell’Università Federico II di Napoli.

Riferimenti: A novel microRNA signature for the detection of melanoma by liquid biopsy. Journal of Translational Medicine. DOI 10.1186/s12967-022-03668-1

 

Testo dal Settore Ufficio stampa e comunicazione Sapienza Università di Roma

Patogeni nelle acque potabili: in arrivo il biosensore economico e sostenibile che li rileva

Un nuovo studio del Dipartimento di Scienze e biotecnologie medico-chirurgiche della Sapienza ha messo a punto un dispositivo che individua il batterio Escherichia coli anche a basse concentrazioni e può essere riutilizzato grazie a un processo di disinfezione alimentato dalla luce solare. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Environmental Science: Nano.

Patogeni nelle acque potabili: in arrivo il biosensore economico e sostenibile che li rileva
Patogeni nelle acque potabili: in arrivo il biosensore economico e sostenibile che li rileva. Foto di constantingoldann

La contaminazione di condotte idriche con batteri o virus, oltre a costituire un problema di salute pubblica, rappresenta una questione di biosicurezza particolarmente rilevante per ogni Paese.

Sebbene i sistemi di allerta precoce che monitorano la qualità delle acque potabili siano necessari per tutelare la popolazione, le principali tecniche per il rilevamento dei patogeni richiedono attrezzature costose, personale specializzato e un consumo massiccio di reagenti e attrezzatura da laboratorio monouso.

I biosensori, ovvero dispositivi analitici che combinano componenti biologici e rivelatori fisico-chimici per individuare sostanze chimiche e biologiche, rappresentano dunque un’alternativa valida ed efficace, rispetto alle metodiche di rilevamento attualmente in uso.

Un team di ricerca del Dipartimento di Scienze e biotecnologie medico-chirurgiche della Sapienza ha realizzato un nuovo biosensore capace di rilevare concentrazioni molto basse di Escherichia coli, scelto come patogeno modello.

I risultati dello studio, supportato dal programma NATO Science for peace and security (Sps) (https://www.nato.int/cps/en/natohq/78209.htm) e frutto della collaborazione della Sapienza con il Cnr, la Jeonbuk national university e l’Air force research laboratory, sono stati pubblicati sulla rivista Environmental Science: Nano.

“Il biosensore – spiega Luciano De Sio, coordinatore dello studio – riesce a rilevare il patogeno grazie alle proprietà chimico-fisiche delle nanoparticelle d’oro (gold nanorods, AuNRs) funzionalizzate con un anticorpo diretto contro un recettore specifico e immobilizzate su un substrato di vetro”.

I risultati ottenuti hanno dimostrato l’efficacia dell’anticorpo nel riconoscere in modo selettivo le cellule di E.coli, grazie all’interazione univoca tra antigene e anticorpo.

Questo meccanismo chiave-serratura determina un cambiamento nel mezzo che circonda le AuNRs, a seguito del quale avviene una variazione del colore proporzionale alla concentrazione del batterio.

“Il biosensore realizzato – continua Luciano De Sio – mostra un limite di rilevamento di 8.4 CFU/mL, che è un ordine di grandezza inferiore ad altri tipi di biosensori plasmonici già riportati in letteratura, quindi più sensibile. Inoltre, gli esperimenti di riconoscimento eseguiti con altri ceppi batterici (come Salmonella thyphimurium) confermano la specificità del biosensore”.

Per dare una seconda vita al biosensore e quindi ridurne al minimo l’impatto ambientale ed economico, il gruppo di ricerca ha sfruttato le proprietà degli AuNRs di saper convertire la luce in calore. Così il biosensore può effettuare un processo di disinfezione fototermica con due sorgenti laser (disinfezione multicolore) e, dopo un’opportuna procedura di lavaggio, è pronto per essere riutilizzato in altri esperimenti di riconoscimento.

Questo studio offre dunque l’opportunità di realizzare biosensori di prossima generazione che oltre all’efficacia e alla sensibilità nel biorilevamento siano anche ecologici e sostenibili.

“I prossimi passi – conclude Luciano De Sio – saranno quelli di sfruttare l’enorme versatilità del dispositivo per utilizzarlo in altri campi di applicazione, quali il monitoraggio di marker tumorali, il riconoscimento specifico di anticorpi, come quelli sviluppati a seguito di infezione da SARS-CoV-2, ma anche la realizzazione di biosensori indossabili per il monitoraggio multiplo di analiti di interesse medico, anche in condizioni di microgravità. L’auspicio è quello di sfruttare il processo di disinfezione fototermica indotto dalla luce solare per generare una nuova classe di dispositivi biomedici sostenibili e riutilizzabili”.

Riferimenti:
Label-free and reusable antibody-functionalized gold nanorod arrays for the rapid detection of Escherichia coli cells in a water dispersion – Francesca Petronella, Daniela De Biase, Federica Zaccagnini, Vanessa Verrina, Seok-In Lim, Kwang-Un Jeong, Selenia Miglietta, Vincenzo Petrozza, Viviana Scognamiglio, Nicholas P. Godman, Dean R. Evans, Michael McConney, Luciano De Sio – Environ. Sci.: Nano, 2022,9, 3343 3360 https://doi.org/10.1039/D2EN00564F

 

Testo dal Settore Ufficio stampa e comunicazione Sapienza Università di Roma

Radiazioni ionizzanti: quando a basse dosi proteggono il DNA

Un nuovo studio, coordinato dal Dipartimento di Biologia e Biotecnologie Charles Darwin della Sapienza, ha dimostrato che le basse dosi di radiazioni possono proteggere i cromosomi da stress genotossici. I risultati sono stati pubblicati sulla prestigiosa rivista Communications Biology

radiazioni ionizzanti basse dosi
Foto del Dr. Manuel González Reyes

Sebbene non ci siano dubbi sul fatto che alte dosi di radiazioni ionizzanti come i raggi X e i raggi gamma possono avere gravi conseguenze biologiche, non sono ancora chiari i rischi delle basse dosi sulla salute umana.

Comprendere gli effetti associati alle basse dosi di radiazioni riveste un’importanza rilevante dal punto di vista sociale, proprio per le continue esposizioni a cui siamo giornalmente sottoposti, durante il lavoro o gli screening medici, ma anche per i frequenti viaggi aerei. Determinare con certezza questi rischi, in primo luogo sugli organismi modello, è quindi uno dei compiti centrali dell’epidemiologia e della biologia delle radiazioni.

Un nuovo studio, coordinato da Giovanni Cenci del Dipartimento di Biologia e biotecnologie Charles Darwin della Sapienza, ha mostrato che l’esposizione cronica del comune moscerino della frutta (Drosophila melanogaster) a basse dosi di radiazioni durante lo sviluppo rende le cellule di questo organismo modello resistenti al verificarsi delle rotture cromosomiche (una conseguenza del danno al DNA) indotte successivamente da alte dosi di raggi gamma. Inoltre, il sequenziamento dell’RNA dei moscerini esposti ha permesso di comprendere per la prima volta che questo tipo di risposta, definita ‘radio adattativa’ è associata alla riduzione dell’espressione di un gene, chiamato Loquacious.

La ricerca, nata dalla collaborazione della Sapienza con l’Istituto superiore di sanità e l’Università di Padova e sostenuta da grant FERMI Institute for Multidisciplinary Studies, ISS-INFN e Istituto Pasteur, è stata pubblicata sulla rivista Communications Biology.

“La risposta radio adattativa – spiega Antonella Porrazzo, prima autrice dell’articolo – è un fenomeno noto nel campo della radiobiologia. Grazie all’utilizzo del Libis, un irradiatore per le basse dosi unico nel suo genere e messo a disposizione dai collaboratori dell’Istituto superiore di sanità, abbiamo dimostrato che questa risposta ha il suo massimo effetto solo a una particolare combinazione di dose e rateo di dose. Inoltre, la resistenza al danno al Dna indotto dalla successiva esposizione acuta è presente nella progenie dei moscerini esposti alle basse dosi, mettendo in evidenza un chiaro ed interessante effetto transgenerazionale”.

Questo studio ha anche evidenziato che l’esposizione alle basse dosi riduce la frequenza di fusioni dei telomeri (strutture complesse poste alle regioni terminali del cromosoma), che avvengono a causa del mal funzionamento delle proteine che proteggono le estremità dei cromosomi.

“Le nostre osservazioni – sottolinea Giovanni Cenci, coordinatore della ricerca – indicano che l’effetto protettivo delle basse dosi può essere esteso a tutti quei siti cromosomici che vengono riconosciuti in modo inappropriato come rotture al DNA”.

Le analisi genetiche hanno dimostrato anche che i mutanti nel gene Loquacious, che codifica una proteina in grado di legare RNA a doppio filamento ed è presente anche nell’uomo, sono resistenti al danno cromosomico indotto dalle alte dosi.

Questi risultati indicano chiaramente che la modulazione del gene Loquacious rappresenta una strategia cellulare efficiente per la salvaguardia dell’integrità cromosomica in seguito a stress genotossici.

“Dato che il gene in questione è conservato anche nelle nostre cellule, gli studi futuri– conclude Giovanni Cenci – potrebbero chiarire un suo eventuale coinvolgimento nel determinare fenomeni di radioresistenza osservati in molti tumori”.

Riferimenti:
Low dose rate γ-irradiation protects fruit fly chromosomes from double strand breaks and telomere fusions by reducing the esi-RNA biogenesis factor Loquacious – Antonella Porrazzo, Francesca Cipressa, Alex De Gregorio, Cristiano De Pittà, Gabriele Sales, Laura Ciapponi, Patrizia Morciano, Giuseppe Esposito, Maria Vittoria Tabocchini, Giovanni Cenci – Communications Biology (2022) https://doi.org/10.1038/s42003-022-03885-w

 

Testo dal Settore Ufficio stampa e comunicazione Sapienza Università di Roma

Disturbo dell’orientamento: chi colpisce e come prevenirlo
Un nuovo studio del Dipartimento di Psicologia della Sapienza rivela che sono più gli uomini che le donne a soffrire di disorientamento topografico evolutivo, un disturbo specifico dello sviluppo che colpisce la capacità di orientarsi. I risultati della ricerca, condotta su un campione di giovani italiani e pubblicata sulla rivista PLoS One, aprono la strada a possibili strategie di prevenzione

Il disorientamento topografico evolutivo (DTD) è un disturbo dello sviluppo neuropsicologico che colpisce la capacità di orientamento. Immagine di PIRO

Nell’ultimo decennio sono stati riscontrati diversi casi di individui affetti da disorientamento topografico evolutivo (DTD), un disturbo dello sviluppo neuropsicologico che colpisce la capacità di orientarsi.

Le persone che soffrono di questo disturbo hanno un livello intellettivo generale nella norma, non mostrano altri deficit cognitivi o disordini neurologici o psichiatrici e, solitamente, non presentano patologie o alterazioni cerebrali, ma solo difficoltà nelle capacità navigazionali, che vanno dai deficit di memoria topografica all’incapacità di riconoscere elementi dell’ambiente come punti di riferimento. Tutti i casi sono accomunati dall’incapacità di avere una rappresentazione mentale dell’ambiente per orientarsi nello spazio in modo adeguato.

Una nuova ricerca, condotta da Cecilia Guariglia, Laura Piccardi e Maddalena Boccia del Dipartimento di Psicologia della Sapienza, ha indagato la presenza del DTD in 1.698 giovani italiani riscontrando questo disturbo nel 3 % del campione.
Lo studio dimostra come il senso dell’orientamento sia strettamente correlato alla conoscenza dell’ambiente di residenza e alle strategie di navigazione adottate, ma anche al genere. Infatti, sebbene in generale gli uomini usino strategie navigazionali più complesse di quelle utilizzate dalle donne, il DTD risulta più diffuso negli uomini, in linea con quanto descritto dalla letteratura.

I risultati, frutto della collaborazione della Sapienza con l’IRCCS San Raffaele di Roma, l’Università dell’Aquila, l’Itaf di Pratica di Mare, l’IRCCS Fondazione Santa Lucia, l’Università di Catanzaro e l’Università di Bologna, sono stati pubblicati sulla rivista PLoS One.

“Abbiamo deciso – chiarisce Cecilia Guariglia, coordinatrice dello studio – di includere nel nostro campione solo individui di età compresa tra i 18 ei 35 anni, escludendo le persone che potrebbero manifestare la perdita delle capacità navigazionali a causa di un declino cognitivo dovuto all’età. I dati sono stati raccolti tra il 2016 e il 2019 utilizzando la piattaforma Qualtrics, attraverso la quale sono stati somministrati un questionario anamnestico e la scala Familiarity and Spatial Cognitive Style”.

Lo studio si focalizza anche sugli interventi per prevenire i disturbi della navigazione. Tra questi, potrebbero risultare utili un addestramento all’orientamento spaziale a partire dall’età prescolare, attività di formazione volte a migliorare la metacognizione, ma anche la pratica quotidiana del videogioco Tetris.

“Sebbene ci sia molto ancora da studiare – conclude Cecilia Guariglia – il nostro auspicio è che in futuro si possano realizzare protocolli di prevenzione dello sviluppo dei disturbi della navigazione e promuovere queste capacità riducendo il divario di genere”.

Riferimenti:
“Where am I?” A snapshot of the developmental topographical disorientation among young Italian adults – Laura Piccardi, Massimiliano Palmiero, Vincenza Cofini, Paola Verde, Maddalena Boccia, Liana Palermo, Cecilia Guariglia, Raffaella Nori – Plos One (2022) https://doi.org/10.1371/journal.pone.0271334

 

Testo dal Settore Ufficio stampa e comunicazione Sapienza Università di Roma